5.铁碳合金
铁碳合金(复习题)
第四章铁碳合金(一)填空题1、渗碳体的晶体结构是，按其化学式铁与碳原子的个数比为2、共析成分的铁碳合金平衡结晶至室温时，其相组成物为，组织成物为。
3、在生产中，若要将钢进行轧制或锻压时，必须加热至相区。
4、当铁碳合金冷却时发生共晶反应的反应式为，其反应产物在室温下被称为。
5、当W(C)＝0．77％一2．11％间的铁碳合金从高温缓冷至ES线以下时，将从奥氏体中析出，其分布特征是。
6、奥氏体是在的固溶体，它的晶体结构是。
7、铁素体是在的固溶体，它的晶体结构是。
8、渗碳体是和的金属间化合物。
9、珠光体是和的机械混合物。
10、莱氏体是和的机械混合物，而变态莱氏体是和的机械混合物。
11、在Fe—Fe3C相图中，有、、、、五种渗碳体，它们各自的形态特征是、、、、。
（120页）12．钢中常存杂质元素有、、、等，其中是有害元素，它们使钢产生、。
13．纯铁在不同温度区间的同素异晶体有(写出温度区间) 、、。
14．碳钢按相图分为；按W(C)分为。
15. 标出Fe—Fe3C相图(图4—3)中指定相区的相组成物：①，②，③，④，⑤。
；16.铁碳合金的室温显微组织由和两种基本相组成。
17.钢锭根据含氧量和凝固时放出一氧化碳的程度，可分为、、。
(二)判断题（复习题）1．在铁碳合金中，只有共析成分点的合金在结晶时才能发生共析反应，形成共析组织。
( X )2．因为磷使钢发生热脆，而硫使钢发生冷脆，故硫磷都是钢中的有害元素。
( X ) 3．在室温下，共析钢的平衡组织为奥氏体。
( X )4．纯铁加热到912℃时，将发生a-Fe一γ—Fe的转变。
( X )5．铁碳合金中，一次渗碳体，二次渗碳体和三次渗碳体具有相同的晶体结构。
( √) 6．在Fe—Fe3C相图中，共晶反应和共析反应都是在一定浓度和恒温下进行的。
( √) 7．在Fe—Fe3C相图中，凡发生共晶反应的铁碳合金叫做白口铁；凡发生共析反应的铁碳合金叫做钢。
( √)8 珠光体是单相组织。
工程材料 第五章 铁碳合金相图及应用
二、 在铸造工艺方面的应用
§5.4 铁碳相图的应用简介
根据Fe - Fe3C相图可以确定合金的浇注温度，浇注温度一
般在液相线以上50～100℃。 共晶合金铸造性能最好。
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§5.4 铁碳相图的应用简介
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合金的铸造性能与相图的关系
三、在热锻、热轧工艺方面的应用
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（一）工业纯铁结晶过程（wc = 0.01% )§5.2 铁碳合金相图分析
t (℃) 1
A
2
L
L+A
A G3
4
F A+F S
0.0218
P
0.77
5
Q
E
2.11
C
A+Fe3C 727℃
F+Fe3C
Fe
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wc(%)
简化的铁碳合金相图
F k Fe3C
纯铁
§5.2 铁碳合金相图分析
二、典型合金的平衡结晶过程§5.3 铁碳合金成分、组织与性能的关系
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§5.3 铁碳合金成分、组织与性能的关系
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300
1200
wc
对
退
1000
火
碳 200
800
钢
力
学
600
性
能 100
400
的
影
响
200
HB
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0b/MP
§5.3 铁碳合金成分、组织与性能的关系
第五章 铁碳合金相图及应用
§5.1 铁碳合金基本相及基本组织 §5.2 铁碳合金相图分析 §5.3 铁碳合金成分、组织与性能的关系 §5.4 铁碳相图的应用简介
铁碳合金状态图课件
根据铁碳合金在不同温度下的状态，绘 制等温线。
根据铁碳合金在不同温度和成分下的状 态，在图上标记相应的区域，并注明相 应的名称。
04
铁碳合金状态图的应用
在铸造工业中的应用
铸造工艺设计
铁碳合金状态图是铸造工艺设计的重 要依据，通过分析合金的凝固温度范 围和液相线温度，可以确定合适的浇 注温度和时间。
确定比例尺
根据实际需要选择合适的比例 尺，以便在图纸上准确表示铁 碳合金的实际 状态，在图上绘制等温线。
绘制元素分布曲线
根据铁碳合金中各元素的分布 情况，在图上绘制相应的曲线。
绘制实例和演示
选择合适的比例尺，绘制坐标轴。
对绘制好的铁碳合金状态图进行演示和 讲解，以便更好地理解和掌握铁碳合金 的状态变化规律。
1 2 3
铁碳合金状态图的实验研究
当前，研究者通过实验手段深入探究铁碳合金的 相变规律和组织性能，为实际生产提供理论支持。
铁碳合金状态图的计算模拟研究
随着计算材料学的进步，研究者利用计算机模拟 手段预测和模拟铁碳合金的状态和性能，为新材 料的开发提供有力支持。
铁碳合金状态图的应用研究
在实际生产中，钢铁企业根据铁碳合金状态图选 择合适的材料和工艺，提高产品质量和降低成本。
适的锻造温度和变形量。
锻件质量控制
通过铁碳合金状态图，可以预测锻 件在不同温度和变形条件下的组织 和性能变化，从而控制锻件的质量。
锻造设备选择
根据铁碳合金状态图，可以确定不 同锻造条件下材料的变形行为和所 需设备吨位，从而选择合适的锻造 设备。
在焊接工业中的应用
焊接材料选择
铁碳合金状态图可以指导焊接材 料的选择，根据母材的成分和状
《汽车应用材料》(第2版)技能训练题及参考答案
《汽车应用材料》（第2版）技能训练题模块1 金属材料的性能一、名词解释1.金属的力学性能2.强度3.塑性4.硬度5.冲击韧性6.疲劳强度7.铸造性能8.锻压性能9.焊接性能 10.热处理性能 11.切削加工性能二、填空题1.载荷按照性质不同一般可分为和。
2.金属材料在载荷作用下，形状和尺寸的变化称为变形。
变形一般分为变形和变形。
3.金属材料的力学性能主要包括、、、、等。
4.拉伸低碳钢时，试样的变形可分为、、和四个阶段。
5.通过拉伸试验测得的强度指标主要有强度和强度，分别用符号和表示。
6.金属材料的塑性也可通过拉伸试验测定，主要的指标有和，分别用符号和表示。
7.洛氏硬度采用了不同的压头和载荷组成不同的硬度标尺，常用的洛氏硬度标尺有、和三种，其中应用最为广泛。
8.530HBW5/750，表示用直径的硬质合金球，在kgf（N）的载荷作用下，保持s时测得的硬度值为。
9.工程技术上常用来测定金属承受冲击载荷的能力。
10.材料经过无限次载荷作用而不发生断裂的最大应力，称为疲劳强度，用符号表示。
11.铁和铜的密度较大，称为金属；铝的密度较小，称为金属。
三、选择题1.拉伸试验时，试样在断裂前所能承受的最大应力称为材料的（）。
A．屈服强度B．抗拉强度C．弹性极限2. 测定淬火钢件的硬度，一般常选用（）来测试。
A．布氏硬度计B．洛氏硬度计C．维氏硬度计3．金属材料的（）越好，则其压力加工性能越好。
A．强度 B. 塑性C．硬度4. 运转中的发动机曲轴、齿轮等零部件所承受的载荷均为（）。
A．静载荷 B. 冲击载荷C．交变载荷5. 在作疲劳试验时，试样承受的载荷为（）。
A．静载荷 B. 冲击载荷C．交变载荷四、简答题1.什么是强度、塑性？衡量它们的指标各有哪些？分别用什么符号表示？2.什么是硬度？常用的硬度测定方法有哪几种？布氏硬度、洛氏硬度各适用于哪些材料的硬度？下列零件用什么硬度测试方法测定其硬度:（1）钳工用锉刀、手锯、手锤（2）供应态碳钢型材3.什么是冲击韧性？可以用什么符号表示？4.什么叫金属的疲劳？疲劳强度用什么符号表示？5.什么是金属的工艺性能？工艺性能包括哪些内容？6.有一标准低碳钢拉伸试样，直径为10㎜，标距长度为100㎜，在载荷为21000N时屈服，拉断试样前的最大载荷为30000N，拉断后的标距长度为133㎜，断裂处最小直径为6㎜，试计算其屈服强度、抗拉强度、断后伸长率和断面收缩率。
机械材料基础复习资料
一、填空题1、500HBW5/750/10表示用直径为5mm,材料为__硬质合金__球形压头,在_7355___N压力下,保持10s,测得的布氏硬度值为500。
2、铁碳合金中的珠光体组织是由F和Fe3C组成的机械混合物。
3、纯铁室温时为体心立方晶格，而加热至912℃以上那么转变为面心立方晶格。
4、焊条是由__焊芯_____和__药皮______两局部组成。
5、常用的塑性指标有延伸率和断面收缩率。
6、钢中的有害杂质元素硫，使钢产生热脆现象。
7、金属的塑性变形会导致其强度、硬度提高，__塑性 _下降，这种现象称为加工硬化。
8、铁碳合金的根本相是__铁素体___,奥氏体和___渗碳体___。
9、锻造包括___自由锻造___和__模样锻造___。
10、中碳钢调质处理后得到的组织是 S ，其性能特点是良好的综合力学性能。
1、常用的塑性指标有延伸率和断面收缩率。
2、实际金属中存在点缺陷、线缺陷、面缺陷三种缺陷。
3、Al、Cuγ-Fe等金属具有面心立方晶体结构，Cr、α-Fe等金属具有体心立方晶体结构。
4、纯铁在室温时为体心立方晶格，而加热至912℃以上那么转变为面心立方晶格。
5、钢中的有害杂质元素为硫和磷，他们分别使钢产生热脆性和冷脆性。
6、钢的调质处理是指淬火+高温回火，中碳钢调质处理后得到的组织是 S ，其性能特点是良好的综合力学性能。
7、锻造包括___自由锻造___和__模样锻造___。
8、焊接可分为熔化焊、压力焊、钎焊。
1.碳溶入α-F e中形成的间隙固溶体称为铁素体。
2.当钢中含碳量大于0.9%时，二次渗碳体沿晶界析出严重，使钢的脆性增加。
3.在生产中使用最多的刀具材料是低合金刃具钢和高速钢，而用于一些手工或切削速度较低的刀具材料是碳素工具钢。
4.马氏体的塑性和韧性与其含碳量有关，板条状马氏体有良好的塑性和韧性。
5.生产中把淬火加高温回火的热处理工艺称为调质，调质后的组织为回火索氏体。
6.普通车床进给运动传动链是从主轴到刀架。
西北工业大学材料科学基础历年真题与答案解析（1）
西北⼯业⼤学材料科学基础历年真题与答案解析（1）西北⼯业⼤学2012年硕⼠研究⽣⼊学考试试题答案试题名称：材料科学基础试题编号：832说明：所有答题⼀律写在答题纸上第页共页⼀、简答题（每题10分，共50分）1.请简述滑移和孪⽣变形的特点？答：滑移变形特点：1）平移滑动：相对滑动的两部分位向关系不变2）滑移线与应⼒轴呈⼀定⾓度3）滑移不均匀性：滑移集中在某些晶⾯上4）滑移线先于滑移带出现：由滑移线构成滑移带5）特定晶⾯，特定晶向孪⽣变形特点：1) 部分晶体发⽣均匀切变2) 变形与未变形部分呈镜⾯对称关系，晶体位向发⽣变化3) 临界切分应⼒⼤4) 孪⽣对塑变贡献⼩于滑移5) 产⽣表⾯浮凸2.什么是上坡扩散？哪些情况下会发⽣上坡扩散？答：由低浓度处向⾼浓度处扩散的现象称为上坡扩散。
应⼒场作⽤、电场磁场作⽤、晶界内吸附作⽤和调幅分解反应等情况下可能发⽣上坡扩散。
扩散驱动⼒来⾃⾃由能下降，即化学位降低。
3.在室温下，⼀般情况⾦属材料的塑性⽐陶瓷材料好很多，为什么？纯铜与纯铁这两种⾦属材料哪个塑性好？说明原因。
答：⾦属材料的塑性⽐陶瓷材料好很多的原因：从键合⾓度考虑，⾦属材料主要是⾦属键合，⽆⽅向性，塑性好；陶瓷材料主要是离⼦键、共价键，共价键有⽅向性，塑性差。
离⼦键产⽣的静电作⽤⼒，限制了滑移进⾏，不利于变形。
铜为⾯⼼⽴⽅结构，铁为体⼼⽴⽅结构，两者滑移系均为12个，但⾯⼼⽴⽅的滑移系分布取向较体⼼⽴⽅匀衡，容易满⾜临界分切应⼒。
且⾯⼼⽴⽅滑移⾯的原⼦堆积密度⽐较⼤，因此滑移阻⼒较⼩。
因⽽铜的塑性好于铁。
4.请总结并简要回答⼆元合⾦平衡结晶过程中，单相区、双相区和三相区中，相成分的变化规律。
答：单相区：相成分为合⾦平均成分，不随温度变化；双相区：两相成分分别位于该相区的边界，并随温度沿相区边界变化；三相区：三相具有确定成分，不随结晶过程变化。
5.合⾦产品在进⾏冷塑性变形时会发⽣强度、硬度升⾼的现象，为什么？如果合⾦需要进⾏较⼤的塑性变形才能完成变形成型，需要采⽤什么中间热处理的⽅法？⽽产品使⽤时⼜需要保持⾼的强度、硬度，⼜应如何热处理？答：合⾦进⾏冷塑性变形时，位错⼤量増殖，位错运动发⽣交割、缠结等，使得位错运动受阻，同时溶质原⼦、各类界⾯与位错的交互作⽤也阻碍位错的运动。
机械工程材料第五章 铁碳合金
4、共晶白口铁
L
L→ Ld( A+Fe3C) A→ （Fe3C）Ⅱ
A→P(α+Fe3C)
室温组织:Ld′ 即 P+（Fe3C）Ⅱ+Fe3C 室温相：α+Fe3C
5、亚共晶白口铁
L L→A L→ Ld (A+Fe3C) A→ （Fe3C）Ⅱ
A→P(α+Fe3C)
室温组织: Ld′+P+（Fe3C）Ⅱ 即(P+（Fe3C）Ⅱ+Fe3C)+P+Fe3CⅡ 室温相：α+Fe3C
四、 Fe-Fe3C相图的应用
1.为选材提供成分依据
低碳钢（0.10-0.25%C）：建筑结构和容器等 中碳钢（0.25-0.60%C）：如轴等 高碳钢（0.6-1.3%C）：如工具等 白口铁：如拔丝模、轧辊和球磨机的铁球等
34
2.为制定热加工工艺提供依据
（1）在铸造生产方面的应用 根据Fe-Fe3C相图可以确定铁碳合金的浇注温度， 浇注温度一般在液相线以上50℃～100℃。 共晶成分的铸铁凝固区间最小（为零），流动性 好，分散缩孔少，可使缩孔集中在冒口内，有可 能得到致密的铸件得到较广泛的应用。
其性能特点是强度低，硬度不高，易于塑性变形。
⑸ Fe3C相（又称渗碳体）：根据其生成条件不同有条状、网状、
片状、粒状等形态，对铁碳合金的力学性能有很大影响。
1600 A 1400 N 1200 1000
+L
B 0.53 J 0.17 H 0.09 1495
L
2.11 E
4.3 1148 C
+
注意：由于不保证化学成分，所以热处理时不能 依甲类钢来选材，应依乙类钢选，才能根据相图 制定热处理工艺。
《金属材料及热处理》-5.铁碳合金相图
材料科学基础5、铁碳合金相图
作者：陈儒军
Material Science
二元合金相图的建立方法
• 配制一组不同成分的合金。 • 用热分析法测定各组合金的冷却曲线。 • 找出各冷却曲线上的相变点。 • 建温度—成分坐标。 • 找成分点、画成分线。 • 标相变点。 • 将相同意义的点用一条光滑的曲线连接起来。 • 在每个分区标上相或组织名称。
材料科学基础5、铁碳合金相图
作者：陈儒军
Material Science
根据以下资料建立PbSn合金的二元合金相图
材料科学基础5、铁碳合金相图
作者：陈儒军
Material Science
材料科学基础5、铁碳合金相图
作者：陈儒军
Material Science
材料科学基础5、铁碳合金相图
作者：陈儒军
2、二元合金相图的基本类型
Material Science
（1）包晶相图
包晶转变 一定成分的液相和一定成分的固相在恒温下转变成为另一固
相。 以Pt-Ag相图为例： LC +αD à βP
（2）匀晶相图
匀晶转变 由液相直接析出单相固溶体的过程。（Làα)
（典型：Cu-Ni相图）
（3）共晶相图
（2）共晶相图
Material Science
材料科学基础5、铁碳合金相图
作者：陈儒军
(a)共晶合金
Material Science
此时所发生的反应均为共晶反应，共晶反应生成共晶体。 即：Le→(αm +βn)
材料科学基础5、铁碳合金相图
作者：陈儒军
5铁碳合金和铁碳相图
变态莱 氏体
● S点：共析点，金金在平衡结晶 的过程中冷却到727℃时，S点成 分的γ发生共晶反应，生成P点 成分的α和Fe3C：
按有无共晶转变来区分碳钢和铸铁。
按Fe-Fe3C系结晶的铸铁，断口为银白色， 称为白口铸铁，即全部碳以Fe3C形成存在，部 分或全部碳以石墨形式存在时称为灰口铸铁。
(1)工业纯铁(C≤0．0218％)
以碳含量为0.1%的铁碳合金为例，对其冷却曲线和平衡结晶过程解释如下: 合金的冷却曲线及平衡结晶过程
2点以下, Fe3CⅠ成分 重量不再发 生变化, Ld变 化同共晶合 金。
过共晶白口铁的结晶过程
过共晶白口铸铁室温平衡状态显微组织
过共晶白口铸铁的室温组织组成物为 Fe3CⅠ + Ld’ 。 含4.3%C过共晶白口铸铁钢中组织组成物的相对重量为：
Fe3CⅠ =100%*(5-4.3)/(6.69-4.3)=29％; Ld=1-29% =71％ 组成相为α、 Fe3C。
合金在1~2点转变为 , 到3点, 开始析出Fe3CⅡ, 其沿晶界呈网状分布 。 到4点， 成分沿ES线变 化到S点，余下的 转变 为P。
过共析钢的结晶过程
过共析钢室温平衡状态显微组织
过共析钢的室温组织组成物为 p+ Fe3CⅡ 。 含1.2％C钢中组织组成物的相对重量为：
Fe3CⅡ=100%*(1.2-0.77)/(6.69-0.77)=7％; p= 1-7％=93％ 组成相为α、 Fe3C。
合 金 液 体 在 1-2 点 间
转 变 为 ， 3-4 点 间 → ， 5-6 点 间 → 。 到7点，从中析出
机械工程师试题
机械工程师资格考试指导资料目录一、选择题 (1)（一）．尺寸标注、公差 (1)（二）．材料 (1)（三）．产品设计 (2)（四）、铸造 (3)（五）、企业管理 (4)（六）、测量 (5)（七）、CAD/CAM (5)一、选择题（一）．尺寸标注、公差1.绘制尺寸线、尺寸边界线、螺纹牙底线等均用（细实线）。
2.形中虚线与点划线重叠时应画（虚线）。
3.在装配图中，当剖切面通过螺纹紧固件的螺杆轴线时，绘制剖面按（未剖切）.4.我国机械制图标准规定的图样表示方法中，右视图在主视图的（左侧）.5.图样上四个有配合的相同孔的尺寸标注，应采取（4Xφ10H6 ）.6.图样上，轴径标注为H7/k6，其配合是（过渡配合）.7.下列一组轴孔配合为过渡配合的是（H7/Js6，N7/h6 ）.8.尺寸φ60H7 的偏差值是（上偏差为正值，下偏差为0）.9.滚动轴承安装在回转轴上，滚动轴承内圈与轴径之间的配合采用（基孔制过渡配合）10.尺寸公差是指（允许尺寸的变动量）.11.轴类零件上某一轴颈的圆柱度公差应标注在（该轴径任意截面上）.12.孔的尺寸为φ30+0.01 与其配合的轴的尺寸为φ30-0.02 其最大配合间隙是（0.04）.0-0.0313.下列形位公差项目中，使用同一公差带符号的是（轴线对轴线的平行度与面对面的平行度）.14.零件图中标示位置公差的一组项是（平行度、垂直度）。
15.形位公差项目中的垂直度公差属于（定向）。
16.尺寸公差IT6的φ50孔和轴的表面粗糙度一般标注Ra值为（≤0.4和小于等于0.8）。
17.强制国家标准代号是（GB）。
（二）．材料1.按材料组成物质属性的特点划分的三大固体材料是（金属材料、陶瓷材料、高分子材料）。
2.在金属及合金中，主要是(金属键)。
3.晶体主要的特征是具有一定的熔点，另一个特性是（各向异性）。
4.铁碳合金相图中，共析转变温度为（727℃）。
5.铁碳合金相图中，钢与生铁分界线的碳质量分数为（2.11% ）。
5.铁碳合金相图
重要的转变线（溶解度变化曲线）
DC线： L→L + Fe3CⅠ
ES线（Acm）： A→A + Fe3CⅡ GS线（A3）： A→A + F PQ线：F→F + Fe3CⅢ
5种渗碳体（Fe3C）
共晶Fe3C、共析Fe3C、Fe3CⅠ、Fe3CⅡ、Fe3CⅢ 渗碳体与铁素体相形成了多种多样的组织
2）铁碳合金分类：
材料的组织结构决定材料的性能 晶粒越细小
常温下 强度、硬度越高 塑性、韧性越好
晶界易腐蚀
金属
冷塑性变形
强度、硬度增高
塑性、韧性、耐蚀性下降
产生各相异性
第二相强化
化 合 物 形 状
网状分布：强度、塑性下降
球状分布：韧性及切削性提高
弥散分布：强度、硬度提高
塑性、韧性仅略有下降或不下降
钢中ωc ↑→P% ↑ →强度↑、硬度↑，塑性↓
δ=40％～50％
2）渗碳体 具有复杂晶格的间隙化合物，以Fe3C表示。 分解点：1227℃ 硬度高（约800HBW）
脆性大，塑性几乎为零，σb≈30Mpa
分布形态：片状、网状或球状 2.铁碳合金相图的组成 1)铁碳合金相图分析
基本组成相：L，δ，F， A， Fe3C
δ相、A、F均是碳在Fe中的间隙固溶体。
结晶条件：线性高分子易结晶；
晶区与性能：刚性↑、强度↑、软化温度↑。
高分子的聚集态结构示意图
四、铁碳合金相图及铁碳合金
1.铁碳合金相图的组元 1）铁 纯铁：L
1538℃
δ-Fe
bcc
1394℃
γ-Fe
912℃
α-Fe
bcc
fcc (铁的同素异构转变)
HB=170～220
实验5.铁碳合金平衡组织的显微分析
实验5. 铁碳合金显微组织的观察与分析Fe-Fe3C相图是研究碳钢和白口铸铁的重要工具，也是分析这些在平衡状态或接近平衡状态下显微组织的基础。
根据Fe-Fe3C相图，含碳量小于2.11%的合金称为碳钢，含碳量大于2.11%的合金称为白口铸铁。
在室温下铁碳合金的基本组成相为铁素体与渗碳体，不同含碳量的合金，在组织上差异是这两个基本的相对量、形态及分布不同。
在铁碳合金中渗碳体的相对量，存在形态以及分布状况，对合金的性能影响很大，在碳钢中渗碳体一般可以认为是一个强化相。
见图9-1。
图9-1 按组织分区的Fe-Fe3C相图一、工业纯铁在退火状况下的显微组织含碳量低于0.0218%的铁碳合金称为工业纯铁。
工业纯铁在含碳量小于0.008%时，其显微组织为单相铁素体。
如图9-2所示。
图中有的晶粒呈暗色，这是由于不同晶粒受腐蚀的程度不同造成的。
在含碳量大于0.008%时，工业纯铁的组织为铁素体和极少量的三次渗碳体。
三次渗碳体由铁素体中析出，沿铁素体晶界呈片状分布。
二、碳钢在退火状态下的显微组织含碳量在0.0218~2.11%范围的铁碳合金称为碳钢。
碳钢按含碳量与平衡组织的不同可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢三种。
1．亚共析钢含碳量在0.0218~0.77%之间的铁碳合金称为亚共析钢，所亚共析钢冷却到室温后显微组织均为先共析铁素体和珠光体组成。
随着含碳量的增加珠光体所占的比例也不断增加，当增加到0.77时(铁素体在珠光体周围呈网状分布)，整个组织为珠光体。
用显微镜观察放大倍数低于400×时，先析出铁素体呈亮白色，珠光体呈暗黑色如图9-3所示。
由于铁素体和珠光体比重相近，若忽略铁素体中所含的微量碳，根据杠杆定理和亚共析钢显微组织中先共析铁素体与珠光体所占的相对面积，就可以估算出该钢的含碳量。
例如：当不珠光体和铁素体的面积各占一半时，钢的含碳量为0.77%0.50.4%⨯≅，由此可定此钢为40#碳素钢。
但须注意，如果亚共析钢从奥氏体相区以较快的速率冷却下来，而因共析转变时过冷度增大，共析体含碳量偏低，故其显微组织中珠光体的含量就要比缓冷时增加，此时若仍用上述方法来估算出的结果其含碳量将会偏高。
机械工程材料期末试题(含答案)
机械工程材料模拟练习题一、填空题(每空0。
5分）1。
常用测定硬度的方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度测试法.2。
金属材料的力学性能主要包括强度、硬度、弹性、塑性等；强度的主要判据有屈服强度和抗拉强度，强度和塑性可以用拉伸试验来测定；压入法测量方法简便、不破坏试样，并且能综合反映其它性能，在生产中最常用。
3. 铁碳合金在室温下平衡组织组成物的基本相是铁素体和渗碳体,随着碳的质量分数的增加，渗碳体相的相对量增多,铁素体相的相对量却减少.4. 珠光体是一种复相组织，它由铁素体和渗碳体按一定比例组成.珠光体用符号P表示。
5. 铁碳合金中，共析钢的wc =0。
77％,室温平衡组织为珠光体；亚共析钢的wc=0.0218%-0。
77%，室温平衡组织为铁素体和珠光体；过共析钢的wc=0.77%—2。
11％,室温平衡组织为珠光体和二次渗碳体。
6. 铁碳合金结晶过程中,从液体中析出的渗碳体称为一次渗碳体；从奥氏体中析出的渗碳体称为二次渗碳体；从铁素体中析出的渗碳体称为三次渗碳体.7. 低碳钢的碳质量分数范围是:Wc≤0.25％、中碳钢：Wc=0.25％—0.6%、高碳钢：Wc〉0。
6％。
8. 金属的晶粒越细,强度、硬度越高，塑性、韧性越好。
实际生产中可通过增加过冷度、变质处理和附加振动来细化晶粒.9。
常用金属中，γ—Fe、Al、Cu 等金属具有面心立方晶格，α-Fe具有体心立方晶格。
10。
金属的结晶是在过冷的情况下结晶的，冷却速度越快，过冷度越大，金属结晶后的晶粒越细小，力学性能越好。
11。
钢的热处理工艺是由（加热)、（保温)和（冷却)三个步骤组成的；热处理基本不改变钢件的（形状和尺寸)，只能改变钢件的(结构组织）和（力学性能)。
12。
完全退火适用于（亚共析碳）钢，其加热温度为（Ac3以上30—50°C)，冷却速度(缓慢），得到（铁素体和珠光体）组织。
13. 球化退火又称为(均匀化）退火，其加热温度在（Ac1)＋20—30℃，保温后（随炉缓慢）冷却，获得（球状珠光体）组织;这种退火常用于高碳工具钢等。
5. 铁碳合金相图
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亚共析钢组织：F+P
4、过共析钢
过共析钢结晶过程示意图
材 料 状 态 浸蚀剂 组 织 说 明
共晶白口铸铁（X250 ） 铸造 ４％酒精溶液 变态莱氏体 变态莱氏体中白色基体为渗碳体（共晶莱氏体和二 次渗碳体），黑色圆柱及条状为珠光体
120
钢的平衡结晶过程和组织形成图
亚共析钢
A
P
F F L A L A
共析钢
A P
过共析钢
A P
Fe3CⅡ
Fe3CⅡ
（5）含碳量与组织、机械性能的关系 σb
MPa 200
δ
αk
σb
150
δ
αk
100
3.铁碳合金状态图的应用 铁碳合金状态图的应用 （1）在材料选用方面的应用 ）
需塑性、韧性高 需塑性、韧性高——选用含碳量较低的材料 选用含碳量较低的材料 需强度、塑性、韧性高 需强度、塑性、韧性高——选用含碳量适中的材料 选用含碳量适中的材料 需硬度高耐磨性好——选用含碳量高的材料 需硬度高耐磨性好 选用含碳量高的材料 灰口铸铁由于流动性好常用于铸件 选择浇注温度，常为液相线上 选择浇注温度，常为液相线上50~1000C
过 共晶 白口 铁结 晶过 程示 意图
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A+Fe3C
铁碳合金的含碳量与相及组织的关系
铁碳合金的基本知识
铁碳合金的基本知识简介铁碳合金是通过向铁中添加不同量的碳来改变铁的性质和用途的一种合金。
根据碳的比例不同，铁碳合金分为灰口铸铁、白口铸铁、生铁和钢四种类型。
本文将介绍铁碳合金的性质分类及应用。
性质铁碳合金的物理和化学性质随着碳的比例变化而变化。
具体的性质分类如下：灰口铸铁灰口铸铁是在铸造过程中将含碳量较低的生铁加上适量的石墨。
石墨的存在使其表现出一些特殊的性质：•铸造性好，适用于制造工艺复杂、尺寸大的工件。
•耐磨性强，适用于制造轴瓦、机座等耐磨件。
•硬度较低，易于加工，适用于制造钻孔切削工具等。
白口铸铁白口铸铁是在铸造过程中将含碳量高的生铁加上较多的铸造冷却剂，导致铁中碳的多数以化合物的形式存在。
白口铸铁的特点是：•铸造性较差，适用于制造尺寸较小且形状简单的工件。
•强度高，适用于制造汽车引擎缸体、机器底座等要求高强度的零件。
•脆性大，易于断裂。
生铁生铁是不添加其它元素而直接从矿石中冶炼而成的铁，含碳量在2%~4%之间。
生铁的特点是：•熔点低，无法用一般的熔点为1500℃的炉子熔化。
•质量稳定，不易受杂质污染。
•可以用来制造钢，还可以用于制造铸铁、工具等。
钢钢是将生铁中的碳含量逐渐降低到0.03%以下，并加入适量的其它合金元素精炼后制成的。
钢的特点是：•强度高，适用于制造桥梁、船舶、高层建筑等重要的结构材料。
•可以通过控制碳含量、添加不同的元素来获得各种各样的特殊性能，如不锈钢、耐热钢、弹簧钢等。
应用由于铁碳合金可以根据不同的用途和要求来精炼，所以应用领域非常广泛。
灰口铸铁应用领域灰口铸铁适用于制造汽车、机床、农用机械、纺织机械、水泥机械等重负荷、耐磨、耐热蚀、耐腐蚀、耐低温脆性等工业机械、建筑材料、交通工具和农业机器。
白口铸铁应用领域由于白口铸铁强度高、硬度大、脆性大，使得其广泛应用于制造各种机器座椅和大型重荷行业如冶金、水泥、矿山等。
钢应用领域钢是制造各种大型结构，如船舶、桥梁、大型机器、高层建筑等的主要结构材料；同时还可以应用到武器材料、汽车零件、航空制造、电梯和起重机等多个领域。
第五章 铁碳合金
D相图中各相区分析 Fe–Fe3C相图中各相区的相组分见表5–3。
表5 –3 Fe–Fe3C相图各相区的相组分
相组分 L A F L+A L+ Fe3C A+F A+ Fe3C F+ Fe3C L+A+ Fe3C
相区范围 ACD线以上 AESGA GPQG AECA DCFD GSPG ESKFE PSK线以下 ECF线
碳的质量分数（%） 含 纯铁的熔点 共晶点 渗碳体的熔点 碳在奥氏体中的最大溶解度 纯铁的同素异构转变温度 碳在铁素体中的最大溶解度 共析点 碳在铁素体中的溶解度 义
A
C D E G P S Q
1538
1148 1227 1148 912 727 727 室温
0
4.3 6.69 2.11 0 0.0218 0.77 0.0008
第五章
铁碳合金
钢铁是现代工业中应用最广泛的金属材料，其基本组元是铁和碳两 个元素，故统称为铁碳合金。为了掌握铁碳合金成分、组织及性能之间 的关系，以便在生产中合理使用，首先必须了解铁碳相图。
第一节 铁碳合金的基本相
一、铁素体 碳溶于α –Fe中所形成的间隙固 溶体称为铁素体，用符号 F 表示。铁 素体仍然保持α –Fe的体心立方晶格。 由于体心立方晶格的晶格空隙很小， 所 以 α –Fe 的 溶 碳 能 力 很 低 ， 在 727℃时溶碳量最大，可达0.0218%。 随着温度的下降，溶碳量逐渐减小， 在600℃时约为0.0057%，室温时几乎 等于零。因此，铁素体的性能几乎和 纯铁的相同，即强度、硬度低，塑性、 韧性好（σ b=180~280MPa，50~80HBS， δ =30%~50%）。铁素体的显微组织与 纯铁相同，在显微镜下观察，呈明亮 的多边形晶粒组织，如图5–3所示。
铁碳合金论文总结 (2)
铁碳合金论文总结引言铁碳合金是一种重要的金属材料，具有广泛的应用领域。
通过调整铁和碳的含量，可以获得不同性能和用途的铁碳合金。
本文通过对多篇相关论文的综合分析，总结了有关铁碳合金的研究成果。
铁碳合金的结构与性能铁碳合金主要由铁和碳两种元素组成，其结构与性能受到两者含量比例和晶格结构的影响。
过多的碳元素会形成大量的渗碳体，而过少的碳元素则容易出现铁元素的过剩。
此外，晶格结构的变化也会对铁碳合金的性能产生重要影响。
铁碳相图铁碳相图是研究铁碳合金的重要工具，它展示了不同温度和成分下的合金相组成。
根据相图可以确定铁碳合金的组织和性能，并为铁碳合金的制备和应用提供指导。
铁碳合金的制备方法铁碳合金的制备方法多种多样，包括熔炼法、粉末冶金法、溶液法等。
每种方法都有其独特的优缺点和适用范围。
最常用的方法是熔炼法，通过熔融铁和适量的碳源，然后冷却固化来制备铁碳合金。
铁碳合金的应用铁碳合金在工业生产中具有广泛的应用，主要用于制造钢材、铸件和各种工具。
其性能优劣直接影响到产品的质量和使用寿命。
通过调整合金的成分和热处理工艺，可以改善铁碳合金的性能，提高其应用价值。
铁碳合金的性能改进研究者们通过调整铁碳合金的组织和成分，以及采用不同的热处理工艺，进一步改善铁碳合金的性能。
通过控制合金中的石墨形态、金相组织和晶粒尺寸，可以提高合金的硬度、强度和耐磨性。
铁碳合金的热处理铁碳合金的热处理是一种重要的工艺，可以通过调整合金的组织结构和性能。
常见的热处理方法包括退火、淬火和回火等。
不同的热处理工艺可以使铁碳合金达到不同的硬度和韧性，以适应不同应用需求。
铁碳合金的未来研究方向尽管铁碳合金已经取得了显著的研究成果，但仍存在一些问题有待解决。
未来的研究方向主要包括铁碳合金的新型合金设计、绿色制备方法的探索以及结构-性能关系的深入研究。
结论铁碳合金作为一种重要的金属材料，在多个领域具有广泛的应用。
通过调整合金成分和热处理工艺，可以改变铁碳合金的结构和性能，进一步提高其应用价值。
铁碳合金的基本相结构
铁碳合金的基本相结构
铁碳合金是一种由铁和碳元素混合而成的合金材料，它具有优良的力学性能、热强度和制造成本低等特点，广泛应用于航天、航空、汽车及机械制造等行业。
铁碳合金的基本相结构包括α相、γ相、μ相以及δ相，其中α相是铁碳合金的基本相，它是由α-Fe和C元素混合而成，在室温下α-Fe和C元素之间形成一种固溶体，也称为α-Fe~C相，其中α-Fe元素占大多数，C元素占少数，α-Fe~C相为纯铁碳合金的最主要相，其中碳元素的含量一般在0.2～2.11%之间。
γ相主要由γ-Fe和C元素混合而成，它与α相相比拥有更高的硬度和抗拉强度。
γ相因为其高硬度和抗拉强度，而在铁碳合金中扮演着重要的作用，此外，γ相还具有良好的耐腐蚀性和耐磨性，使得铁碳合金在航天、航空、汽车及机械制造等行业中的应用更加广泛。
μ相是由γ-Fe和C元素混合而成的细小的固溶体，它们不仅具有较高的硬度和抗拉强度，而且具有较高的热稳定性，因此，μ相是铁碳合金的重要组成部分。
最后，δ相主要由δ-Fe和C元素混合而成，它是一种稳定性较低的固溶体，具有较低的硬度和抗拉强度，但也有一定的耐磨性和耐腐蚀性。
δ相对于α、γ、μ相来
说，其分散性较差，在铁碳合金中占比也比较低，但它们仍然是铁碳合金中不可或缺的部分，并能够改善铁碳合金的力学性能和热强度。
总之，铁碳合金的基本相结构主要由α、γ、μ和δ四种相组成，它们各自具有自身的特点，这些特点决定了铁碳合金具有优良的力学性能、热强度和制造成本低等特点，才能够应用于航天、航空及机械制造等行业。
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5-1、 铁碳合金中的组元和相
1）组元
Fe 过渡族元素，熔点1538℃，密度7.87g/cm3。 强度低、硬度低、塑性好。 σb 180MPa~230MPa σ 0.2 100MPa~170MPa δ 30%~50% 硬度 50HBS~80HBS
同素异构转变
1394℃
912℃
5-2 铁碳合金相图分析
铁碳合金相图
一、Fe-Fe3C相图中的特性点
二、 Fe-Fe3C相图中的特性线
ES—碳在γ- Fe 中的固溶度 曲线。 PQ—碳在α-Fe 中的固溶度 曲线。 GS—在冷却过程中，奥氏体 中析出铁素体的开始线。
HJB—包晶反映线 LB+δ H AJ ECF—共晶反应线 LC AE+Fe3C PSK—共析反应线 AS FP+ Fe3C
镀 锌 薄 钢 板 空 调 管 道
碳素结构钢薄钢板
镀 锌 薄 钢 板
马口铁
铁丝
Q275
属中碳钢，强度较高， 可代替30钢、40钢制 造稍重要的零件、降 低成本。 齿轮、链轮。。
Q215、Q235、Q255
A级钢用于不经锻压、热处理的工程结构 件或普通零件（受力不大的铆钉、螺钉、 螺母等）； B级钢制造稍为重要的机器零件和船用钢 板。。。可代替相应含碳量的优质碳素 结构钢。
特殊钢
不锈钢、耐热钢
三、 碳钢的编号和用途
1、普通碳素结构钢 Q + 数字 + 字母 + 字母
屈 屈服点值 质量等级 脱氧方法
质量等级：A B
好
C
D
沸腾钢：F
半镇静钢：b
例：Q235AF
Q195
含碳量低，强度不高，良好的焊接性和塑 性、韧性。 铁钉、铁丝、各种薄板： 黑铁皮、白铁皮（镀锌薄钢板） 马口铁（镀锡薄钢板） 代替08或10钢，制造冲压、焊接结构。
2、优质碳素结构钢 两位数字
平均含碳量 万分之几
例：20 45 60
普通含锰量：WMn=0.25%~0.8%
较高含锰量： WMn=0.7%~1.2% 后面加“Mn ”。例：40Mn 沸腾钢后面加“F”
3）碳素工具钢
T + 数字 + 字母
碳素 工具钢 含碳 千分数
例：T8 T10 T8Mn T10A
L L+A Ld+A 室温组织： Ld′+P
Ld′+P
亚共晶白口铁的组织（Ld′+P）
7）过共晶白口铁的结晶过程
Fe3CⅠ
L L+ Fe3C L d+ Fe3C 室温组织： Ld′+ Fe3C
Ld′+ Fe3C
过共晶白口铁的组织（Ld′+ Fe3CⅠ）
五、 铁碳合金的成分—组织—性能关系
随含碳量增加，钢中渗碳体的 量增加。 随含碳量增加，钢中渗碳体分 布、形貌不同。 随含碳量增加，强度、硬度增 加，塑性、韧性下降。但当 C%>0.9时，强度下降。
塞规、环规
拉丝模
4）过共析钢的结晶过程
L L+A A A+ Fe3CⅡ 室温组织： P+ Fe3CⅡ
P+ Fe3CⅡ
过共析钢组织（ P+ Fe3CⅡ）
5）共晶白口铁的结晶过程
Fe3C
Fe3C
Ld′
L
A
Ld
P
L Ld Ld′ 室温组织：低温莱氏体Ld′
共晶白口铁组织（低温莱氏体Ld′）
6）亚共晶白口铁的结晶过程
δ-Fe
γ-Fe
α-Fe
体心立方
面心立方
体心立方
γ-Fe转变为α-Fe 时，体积膨胀1%，为什么？
Fe3C 铁与碳的具有复杂结构 的间隙化合物，硬而脆。 σ b 30MPa δ 0 ak 0 硬度 800HB
2）相 铁素体——碳溶解在体心立方晶格的α-Fe 中形成 的间隙固溶体。（α、 F） 性能与纯铁相近 奥氏体——碳溶解在面心立方晶格的γ- Fe 中形 成的间隙固溶体。（γ 、A） 强度较低、硬度不高、易于塑性变形。
普通钢
优质钢
高级优质钢
Ws≤0.055%
Wp ≤0.045%
Ws≤0.040%
Wp ≤0.040%
Ws≤0.030%
Wp ≤0.035%
按冶炼时的脱氧程度
沸腾钢
镇静钢
半镇静钢
按用途分类
工程构件用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆 结构钢 机器零件用钢 调质钢、弹簧钢、滚动轴 承钢、渗碳钢 工具钢 刃具钢、量具钢、模具钢
三、 Fe-Fe3C相图中相区
四、 典型铁碳合金的结晶过程
七种典型组织 1）工业纯铁（Wc<0.0218%） 2）共析钢（ Wc=0.77%） 3)亚共析钢（Wc=0.0218%~0.77%) 4）过共析钢（ Wc=0.77%~2.11%） 5）共晶白口铁（Wc=4.3%） 6）亚共晶白口铁（Wc=2.11%~4.3%） 7）过共晶白口铁（Wc= 4.3%~6.69%）
1）工业纯铁的结晶过程
2）共析钢的结晶过程
P
L A+L 室温组织：P
A
P(F+Fe3C)
共析钢组织（珠光体）
3）亚共析钢的结晶过程
F P
L A+L A 室温组织：F+P
A+F
F+P
亚共析钢组织（F+P）
亚 共 析 钢 的 显 微 组 织
0.10％C的亚共析钢的显微组织
0.30％C的亚共析钢的显微组织
六、 Fe-Fe3C相图的应用
1）在钢铁材料选用方面的应用 2）在铸造工艺方面的应用 3）在热锻、热轧工艺方面的应用 4）在热处理工艺方面的应用
5-3 碳 钢
常存杂质对碳钢的影响 分类 编号 用途
一、 钢中常存杂质元素的影响
锰 固溶强化 与硫生成MnS
硅
固溶强化 与氧生成SiO2
硫
(FeS γ- Fe )共晶熔点989℃
热脆
磷
冷脆
氢
氢脆 氢脆脆
氮
时效脆化
氧
FeO Al2O3
SiO2 MnO 非金属夹杂
二、钢的分类
按化学成分分类
碳素钢 合金钢
低碳钢
Wc≤0.25%
低合金钢
WMe﹤5%
中碳钢 Wc=0.25%~0.6% 中合金钢 WMe =5%~10% 高碳钢 Wc﹥0.6%
高合金钢 W ﹥10% Me
按冶金质量分类